加载中…热固性树脂的HDT vs.Tg
(2013-02-23 13:44:30)
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玻璃化转变温度热变形温度 |
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Tg是什么？
当把一种聚合物系统（如环氧胶，灌封胶，密封胶等）加热之后，其机械力学性能、热性能、电气和耐化性性能会发生很大的改变，这些性能在降温后也不一定都能恢复。而这些性能变化通常在一个温度范围内才会发生，我们通常方便地将其称为玻璃化转变温度(glass
transition temperature，Tg)。
高分子化合物，与使用环境温度高于Tg时相比，当受热温度低于Tg时，其表现出更高的力学性能和硬度，以及更好的电气密封性，尺寸稳定性和耐化性能，另外，当受到结构负荷时，其性能表现也更为优异。方便起见，特别是在结构性应用中，一般将Tg视为聚合物的最大可持续工作温度。
Tg的检测方法主要有差示扫描量热法(DSC)，动态力学分析法(DMA)，差示热机械分析法（DTA）。
改变环氧体系的Tg
Tg和固化过程高度相关。在低温（如常温）固化条件下，所得体系的Tg也是最低的。常温条件固化很难达到高的Tg值。同样配方在加热固化条件下，可以得到较高的Tg。例如，一款胶粘剂随着固化条件的不同，其Tg在60°C-110°C之间变化。这也是在生产使用中维持严格温度控制的重要性所在。
另外，环氧体系的Tg会随着吸潮而大幅降低，所以在潮湿的气候使用时这个影响因素必须考虑进去。
其他Tg的考虑因素
通常，胶粘剂的Tg越高，其耐热性越好，因此具有更好的高温拉伸性能。除非固化过程中有急剧的放热峰，否则，按照经验法则，固化物的Tg一般不会比固化过程中的最大放热温度高太多。
Tg对其他性能的影响
模量
胶粘剂的模量基本关系是：Tg越高，体系交联密度越高，则模量越高。当环氧体系的温度高于Tg时，则储能模量下降。这表示体系从刚性状态向柔顺状态转变。
如果体系Tg很高，储能模量也大，这通常导致固化物刚硬，或者也可以说其断裂伸长率低，常温下受力时能量耗散差。在温度低于Tg时，模量和温度呈反向的线性关系。
搭接剪切和晶片剪切
通常，随着使用温度的升高，环氧胶搭接剪切和晶片剪切强度会下降。利用这一有趣的原理，通常用加热的方法来除去废弃的胶粘剂层。
当环氧胶变软时，内聚破坏的可能性更大。这可以使两个粘接材料更容易分离。
热膨胀系数（coefficient of thermal
expansion，CTE）
另一个随着Tg而变化的重要物理性能是热膨胀系数（CTE）。
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当环境温度升高超过Tg时，胶粘剂会变软，从而失去部分拉伸强度。同时，其CTE值也会随之上升。通常，在Tg附近这两个系数值有一个平滑的过渡。
你也可以用CTE曲线来确定材料的Tg值。通过画出CTE值随温度的变化曲线，在两个曲线之间的延伸交叉点即为Tg。
在高于Tg时环氧是否还可使用？
当然可以！和焊接料不同，在热循环条件下，环氧固化物不会重新流动。在环氧固化结构中，当温度降到Tg以下时，共价键产生的作用力会使得更柔顺的环氧分子重新恢复到其初始的形状。在很多时候，在温度高于Tg时使用环氧有一定优势，因为更柔顺的分子使得共价键更耐冲击和振动。另外，由于在高温下环氧体系刚性降低，它对易碎部分损害的可能性减小。
Tg数值不仅受到环氧化合物的化学组成的影响，还与固化的温度，时间，受热特殊响应，载荷大小，取向度，检测的升温速度等等条件有关。在很多应用中，由热变形温度(Heat
Deflation Temperature ,HDT)(ASTM D 648-21,
1978)来取代Tg的作用，这种方法是采用一个受载1.8MPa的铸件来进行测试的。
热变形温度(Heat Deflation Temperature
,HDT)
受载下的热变形温度(heat deflection under
load,HDUL)最容易被简单地误解为热变形温度（heat deflection
temperature,HDT)）。HDUL是一种标准的测试方法(ASTM
D-648)，在工业应用中被广泛用于表征树脂体系的热性能。该检测用于确定一个1 8" 厚× ?" 宽 ×
5的固化树脂样片或样条（非玻纤增强），在264psi的载荷下变形0.1" (~7
64")的温度。样品被装载于测试仪器中，两端被支撑固定，载荷加于样条中间--一个典型的三点弯曲测试。然后将样品置于油浴中，从常温开始缓慢加热，直到样条变形0.1"时停止加热。http://s1/mw690/7260f65egx6BmnFTJDi30&690vs.Tg" TITLE="热固性树脂的HDT
一般误解认为，当使用温度高于HDT时，环氧树脂（指固化后，下同）不再具有结构的完整性，失去粘接强度，甚至认为它会返回到液体状态。这些观点都没有正确表述真实情况。通过对HDUL的解释，明显可以看出，当温度升至常温以上时，环氧树脂变得更加柔软，但强度仍然非常高。尽管市场上有些配方的HDUL低于常温，但这些环氧产品仅限于用在一些特殊的、非结构性的应用中。
Tg与HDT的关系
从上图常见的几种聚醚胺固化性能来看，Tg一般比HDT高8-10度。
参考资料：
Tg-Glass Transition
Temperature for Epoxies，By Epoxy Technology
Inc
Glass Transition Temperature
for Epoxies，By Epotek
epoxy formulations using
jeffamine® polyetheramines
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